Az időbeli változékonyság problémáját a homoktalajok visszatömörödés vizsgálatán keresztül mutatom be őrbottyáni és csólyospálosi mintaterületeken. A vizsgálatainkat Őrbottyánban 2011.04.18 – 2011.08.09.,
Csólyospáloson 2011.07.24. – 2011.10.14. között végeztem el.
A méréseimet egy-gy 10×2
méteres növénytakarótól megtisztított és gyomirtózott területen végeztem el, ahol 5-5
ismétlésben megmértem a talaj térfogattömegét illetve hidraulikus vezető
képességét Mini Disk Infiltrométerrel. A térfogattömeg mérésekhez bolygatatlan,
100 cm3-es mintákat vettem a megtisztított talajfelszín felső 5
cm-es rétegéből. Ezt követően a rotációs kapa segítségével fellazított talaj felső 15
cm-es rétegéből a művelést követően is megmértem a talaj
térfogattömegét és vízvezető képességét szintén 5-5 ismétlésben. A későbbiek
folyamán minden nagyobb csapadékeseményt követően vízvezető képesség (KS)
méréseket végeztem a mintaterületen MDI segítségével, illetve térfogattömeg
méréseket bolygatatlan mintákon. A mért hidraulikus vezetőképesség és
térfogattömeg értékeket a kumulált csapadék függvényében ábrázoltam és egyszerű
grafikus és statisztikai módszerek segítségével elemeztem.
Csólyospáloson, a kísérlet 3 hónapja alatt összesen 57 mm csapadék hullott a mintaterületre, melyből 37 mm-t a vizsgálati időszak első 6 napjában mértünk. A KS művelést követő változása a kumulált csapadék függvényében az 1. ábrán olvasható.
 |
| 1. ábra: Hidraulikus vezetőképesség (KS) a kumulált beszivárgás függvényében Őrbottyán (OB) és Csólyospálos (CSP) mintaterületeken. Hibasávok: az átlagtól való maximális eltérés. Szaggatott vonal: őrbottyáni mintaterületen mért visszaülepedési ütem, szürke kör: KS mérés Őrbottyánban, fehér kör: a KS művelés előtti kiindulási állapota Őrbottyánban, fekete csillag: kéreg eltávolításával mért KS érték Őrbottyánban, folytonos vonal: csólyospálosi mintaterülten mért visszaülepedési ütem, fekete rombusz: KS mérés Csólyospáloson, fehér rombusz: a KS művelés előtti kiindulási állapota Csólyospáloson. |
Talajművelést követő
időszakban mért telítési hidraulikus vezetőképesség és a térfogattömeg időbeli
változását szemlélteti a 2. ábra, Csólyospálos
(2a. ábra) és Őrbottyán (2b. ábra)
mintaterületén.
A
csólyospálosi mintaterületen a visszatömörödés üteme gyors és egyenletes (2a. ábra) volt, a mért térfogattömeg értékek változása
alapján. A kiegyensúlyozott visszatömörödési ütemmel párhuzamosan egyenletesen csökkenő
tendenciát mutattak a vízvezető képesség értékek. Az eredeti állapotról (KS=23,8
cm/nap) a talajművelés megnégyszerezte a hidraulikus vezetőképesség értékét (KS=104,3
cm/nap), mely 6 nap alatt közel a felére csökkent vissza (KS=61,6
cm/nap). A továbbiakban mérséklődött ugyan a visszaülepedés mértéke, de közel 3
hónap elegendő volt ahhoz, hogy teljesen visszaálljanak a vízvezető képesség és
térfogattömeg értékek a művelés előtti kiindulási állapotra.
 | |
| 2. ábra: A telítési vízvezető képesség (KS) és a térfogattömeg változása az idő függvényében, Csólyospálos (a) és Őrbottyán (b) mintaterületeken. Hibasávok: az átlagtól való maximális eltérés. Folytonos vonal: térfogattömeg, fekete négyzet: a térfogattömeg mintavétel, fehér négyzet: a térfogattömeg művelés előtti kiindulási állapota, szaggatott vonal: KS, szürke kör: mért KS, fehér kör: a KS művelés előtti kiindulási állapota. |
Az őrbottyáni
mintaterületen (2. ábra) a művelést követően lassú
ütemben megindult a telítési vízvezető képesség értékének csökkenése, mellyel
párhuzamosan a térfogattömeg értékek növekedése figyelhető meg. Azonban,
2011.06.14-dikei mérésnél azt tapasztaltam, hogy a hidraulikus vezetőképesség
értéke a kezdeti érték (KS=77,3 cm/nap) majdnem felére (KS=37,5
cm/nap) esett vissza, miközben a térfogattömeg mérés eredményei ellentmondtak
egy ilyen nagymértékű visszatömörödésnek. A térfogattömeg értékek alapján a talaj
még lazának tűnt, nagyobb telítési vízvezető képesség értékeket vártam a
mérteknél.
A jelentős különbségek
hátterében az állhat, hogy a 2011.05.12-dikei és 2011.06.14-dikei mérések
között 123 mm csapadék esett, mely során háromszor fordult elő 20 mm-t
meghaladó intenzív csapadékesemény.
Ezek hatására a talaj felszínén néhány mm-es kéreg keletkezett, amely
tapintással is érzékelhető volt. A kéreg alapjául az őrbottyáni homoktalajban
található magasabb CaCO3 tartalom szolgálhatott, de hozzájárulhatott
a csólyospálosi talajnál magasabb agyag és vályog tartalom is.
A kéreggel mért
hidraulikus vezetőképesség átlagérték (KS=45,3 cm/nap) és a kéreg
eltávolítását követően mért átlagérték (KS=93,5 cm/nap) (2. ábra, csillaggal jelölt érték) lényegesen eltértek
egymástól. A térfogattömeg változásában a 2011.06.14-edikei mérést követően
alig következett be növekedés, miközben 184,6 mm csapadék lehullott.
Őrbottyánban, a
vizsgálat közel 4 hónapja alatt a kéreg nélkül mért hidraulikus vezetőképesség
érték (KS=93,5 cm/nap) közel visszaállt az eredeti állapotra (KS=77,3
cm/nap), míg a kéreggel mért KS (KS=45,3 cm/nap)
jelentősen alacsonyabb, mint a kezdeti telítési vízvezető képesség érték. A
térfogattömegek esetében nem állt helyre az eredeti állapot. A bolygatást
megelőzően 1,67 g/cm3 volt a talaj térfogattömege és közel 4 hónap
elteltével is még csak 1,30 g/cm3-t mértem.
Egy terület művelés
előtti állapotára történő visszaülepedésének mértéke függ a területre hulló
csapadék mennyiségétől (Messing és Jarvis, 1993; Lampurlanés és
Cantero-Martínez, 2003). Mind a három kísérleti terület esetében a csapadék
volt a fő tömörítő tényező bolygatást követően. A telítési vízvezető képesség
és térfogattömeg értékek eredeti állapotra történő visszaállásra kb. 2 hónap
elegendő, lásd Csólyospálos esetében. Azonban, az Őrbottyánban lehullott
jelentős mennyiségű csapadék nem fejtette ki tömörítő hatását a
talajszerkezetére, mivel a heves esőzések hatására keletkezett karbonátos kéreg
meggátolta azt. Ugyanakkor a KS jóval a művelést megelőző kiindulási
érték alá csökkent, amely arra utal, hogy a kéregben a durvább szemcsék közötti
pórusokat a finomabb (pl.: agyag, karbomát) részecskék eltömíthették
(clogging), egyfajta eliszapolódási jelenséget okozva. s. Az összecementált kéreg
hatására a hidraulikus vezetőképesség értékek gyorsan visszacsökkentek a
művelés előtt mért KS értékekre, miközben a térfogattömegek mért
eredményei nem támasztották alá ezt a gyors visszatömörödési ütemet.
A
fenti vizsgálatok következtében, mind a homok, mind pedig a vályog talajok
bolygatást követő modellezése során célszerű figyelembe venni a térfogattömeg
és a vízvezető képesség változását a csapadék függvényében. Eddig olyan
modelleket fejlesztettek, ahol a hidrológiai bemenő adatok (pl.: KS)
rögzített értékűek, ennélfogva ezek a modellek nem képesek kezelni a vonatkozó
folyamatok időbeni léptékfüggését. Azonban a KS a kumulatív csapadék
függvényében exponenciális jellegű függvénykapcsolatot mutat. Kísérletet
lehetne tenni arra, hogy egy egyszerű empirikus (al)modellel leírjuk ezt a
jelenséget és időben változó paramétereket definiáljunk a modellben. Így a
fentiek alapján javaslom, hogy lehessen definiálni egy tér- és időbeli
változékonyságot a bemenő adatok esetében, azért, hogy a modellek jobban
közelítsék a valóságot. Azonban, felhívnám a kéregképződés problémájára a
figyelmet, mivel ez a jelenség módosítja mind a mért KS, mind pedig
a térfogattömeg értékek művelést követően, az eredeti állapotra történő
visszatömörödési ütemét. A kéregképződést az intenzív csapadékesemények
tömörítő hatása idézheti elő, melyek gyakorisága ― a klímaváltozás
következtében ―, az előrejelzések szerint növekedni fog (Knapp et al., 2008; Hartmann et al. 2012).
